Investigating the valorisation potential of hazelnut by-products: Transforming waste into functional food ingredients
Fındık yan ürünlerinin potansiyel katma değerinin incelenmesi: Atık konumundan fonksiyonel gıda bileşenine dönüşüm
- Tez No: 791902
- Danışmanlar: PROF. DR. ESRA ÇAPANOĞLU GÜVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 154
Özet
Fındık, dünya çapında en çok tüketilen kuruyemişlerden biridir. Fındığın besin değeri de göz önüne alındığı için, piyasada çok çeşitli fındık bazlı gıda ürünleri mevcuttur. Bununla birlikte, fındığın işlenmesi çok sayıda yan ürün ve atık oluşturmaktadır. Fındık endüstrisinin en değerli yan ürünleri kabuk, zar ve küspedir. Bu yan ürünler, biyoaktif bileşikler, protein, diyet lifi, tekli ve çoklu doymamış yağ asitleri, vitaminler, mineraller, fitosteroller ve skualen açısından zengindir. Fındık yan ürünlerinin mevcut kullanımı, fındık küspesi ve zarının hayvan yemi takviyesi, kabuklar için ise düşük değerli bir ısı kaynağı olarak kullanımı ile sınırlıdır. Bununla birlikte, bu yan ürünlerin bertaraf edilmesi veya düşük değerli bir ısı kaynağı veya hayvan yemi takviyesi olarak kullanılması, besin bileşenleri açısından zengin bir doğal kaynağın önemli ölçüde israfına neden olmaktadır. Sonuç olarak, fındık yan ürünlerinin gıda, eczacılık ve kozmetik gibi farklı alanlarda biyoaktif bileşenler olarak değerlendirilmesi bilim adamları, üreticiler ve tüketiciler arasında ilgi uyandırmaktadır. Bu tez çalışması yukarıdaki bilgiler ışığında, fındık yan ürünlerinin katma değer kazanma potansiyelini araştırılması üzerine kurgulanmıştır. Bu doktora tezinin amaçları sırasıyla (i) fındık küspesine katma değer kazandırmak ve fındık posasından elde edilen protein hidrolizatlarının potansiyel anti-obezite ve antioksidan aktivitelerininin araştırması; (ii) Alkalaz ve Nötraz enzimleri kullanılarak hidroliz stratejisinin (tek veya kombine hidroliz) yanı sıra mikroakışkanlaştırma ön işleminin antioksidan ve anti-obezite aktiviteleri ve protein izolatları ile hidrolizatların fonksiyonel özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak; (iii) Fenolik bileşikleri uzaklaştırılmış fındık küspesi protein izolatlarından (dHPI) ve fındık zarı fenolik ekstraktlarından (HSE) protein-polifenol kompleksinin oluşumunun incelenmesi; (iv) protein-polifenol kompleksi oluşumu sonrası fındık proteinlerinin ve polifenollerin biyoerişilebilirliğininin izlenmesi. Bu amaçlar doğrultusunda iki farklı araştırma çalışması (Bölüm 3-4) yapılmıştır. İlk olarak, Alcalase ve Neutrase enzimleri ile elde edilen fındık protein hidrolizatlarının temel olarak fizikokimyasal özellikleri, potansiyel anti-obezite etkileri, antioksidan kapasiteleri ve emülsifiye edici özellikleri incelenmiştir (Bölüm 3). Sonrasında defenolize fındık küspesi protein izolatlarından (dHPI) ve fındık zarı fenolik ekstraktlarından (HSE) oluşan protein-polifenol kompleksleri ve bunların biyoerişilebilirlik üzerindeki etkileri araştırılmıştır (Bölüm 4). İlk bölümde bu doktora tezinin araştırma çerçevesi ve hedefleri tanıtılmıştır. Ardından, ikinci bölümde, başlıca fındık yan ürünleri, bu değerli kaynakların yeni uygulamalarına ilham vermek ve potansiyellerinden tam olarak yararlanmak için kimyasal bileşimlerine odaklanılarak mevcut bilimsel bilgilere genel bir bakış açısı oluşturulmuştur. Ardından, ikinci bölümde, başlıca fındık yan ürünleri ve bunların değerlendirilmesi hakkında mevcut bilimsel bilgilere genel bir bakış, bu değerli kaynakların yeni uygulamalarına ilham vermek ve potansiyellerinden tam olarak yararlanmak için kimyasal bileşimlerine odaklanılarak bahsedilmiştir. Üçüncü bölümde, Alkalaz ve Nötraz enzimleri kullanılarak tek veya kombine hidroliz ile elde edilen fındık küspesi protein hidrolizatlarının temel olarak fizikokimyasal özellikleri (SDS‒PAGE, parçacık boyutu dağılımı, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR), moleküler ağırlık dağılımı vb.) ve potansiyel anti-obezite etkisi, antioksidan aktivite (DPPH ve ABTS yöntemleri) ve emülsifiye edici özellikleri karakterize edilmiştir. Ayrıca bu özelliklerin üzerine mikroakışkanlaştırma ön işleminin etkisi de araştırılmıştır. Alkalaz'ın Nötraz ile kombinasyonu, boyut dışlama kromatografisi (SEC) ve SDS-PAGE sonuçları ile belirtilmek üzere, en yüksek miktarda düşük moleküler ağırlıklı peptidlere sahip hidrolizatlarla sonuçlanan fındık protein izolatında en yüksek hidroliz derecesine (DH) (%15,57) sahip olduğu rapor edilmiştir. Hidroliz derecesi ile pankreatik lipaz tarafından serbest yağ asitleri salınımının inhibisyonu arasında pozitif bir korelasyon vardır ve ardından Alkalaz hidrolizi ile birlikte mikroakışkanlaştırmanın önemli bir pozitif etkisi olduğu görülmüştür. Mikroakışkanlaştırma, protein izolatlarının ve hidrolizatların emülsiyon aktivite indeksini (EAI) artırmıştır. Nötraz ile elde edilen düşük hidroliz derecesinin EAI üzerinde en iyi etkiye sahip olduğu görülürken (84,32 (NH) ve 88,04 m2/g (MFNH)), emülsiyon stabilite indeksi (ESI) ile DH arasında negatif bir korelasyon gözlenmiştir. Yine, kombine Alkalaz-Nötraz hidrolizatları en yüksek radikal yakalama aktivitelerini göstermiştir (96.63 ± %1.06 DPPH ve %98.31 ± %0.46 ABTS). FTIR sonuçları, mikroakışkanlaştırma ön uygulamasının protein yapısının açılmasına neden olduğunu göstermiştir. Alkalaz ve Nötraz enzimlerinin bireysel veya kombine uygulaması, proteinlerin β-tabaka organizasyonundan α-heliks yapılarına geçişe neden olmuştur. Bu çalışma ile, fındık küspesinin iyi bir biyoaktif ve fonksiyonel peptit kaynağı olabileceği ve mikroakışkanlaştırma gibi uygun bir ön işlemle birlikte enzimatik hidrolizasyonun kontrolünün, en iyi biyoaktiviteyi elde etmek için çok önemli olabileceği sonuçlarına varılmıştır. Dördüncü bölümde, defenolize fındık küspesi protein izolatlarından (dHPI) ve fındık zarı fenolik ekstraktlarından (HSE) protein-polifenol kompleksinin oluşumu ve hem fındık proteinlerinin hem de polifenollerin biyoerişilebilirliği üzerindeki etkisi incelenmiştir. dHPI+HSE komplekslerinin boyutları dikkate değer büyüklükte olduğu görülmüş ve agregasyonun meydana gelmesi nedeniyle HSE konsantrasyonuna bağlı olduğu rapor edilmiştir. Kateşin, HSE'nin ana bileşeni olmasına rağmen, partikül boyutunda hafif bir artış dışında agregasyona neden olmamıştır. Floresan söndürme sonuçlarına göre, fındık proteini-fenolik ekstrakt kompleksi, 0-0.5 mM konsantrasyonları arasında statik söndürmeyi ifade eden doğrusal bir Stern-Volmer grafiğine sahiptir, etkileşim, esas olarak hidrojen bağına ve van der Waals kuvvetlerine (ΔH
Özet (Çeviri)
Hazelnuts are one of the most widely consumed nuts around the world. Considering the nutritional value of hazelnuts, a wide range of hazelnut-based food products are available in the market. Nevertheless, the processing of hazelnuts generates a large number of by-products and waste. The most valuable by-products of the hazelnut industry are shell, skin, and meal. These by-products are rich in bioactive compounds, protein, dietary fibre, mono- and polyunsaturated fatty acids, vitamins, minerals, phytosterols, and squalene. The current utilisation of hazelnut by-products is mostly limited to animal feed supplementation of hazelnut meal and skin and use as a low-value heat source for the shells. However, disposing of these by-products or using them as a low-value heat source or animal feed supplementation results in significant waste of a natural resource rich in nutritional components. Consequently, valorising hazelnut by-products as bioactive ingredients in diverse fields such as food, pharmaceutics and cosmetics has stimulated interest among scientists, producers, and consumers. In light of the above, a research strategy to investigate the valorisation potential of hazelnut by-products has been developed. The objectives of this Ph.D. dissertation were (i) to valorise hazelnut meal and explore the potential anti-obesity and antioxidant activities of its protein hydrolysates; (ii) to investigate the effect of the hydrolysis strategy (single or sequential hydrolysis) using Alcalase and Neutrase, as well as the application of microfluidization pretreatment on these activities and the functional properties of the protein isolates and hydrolysates; (iii) to examine the formation of the protein-polyphenol complex from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE); (iv) to monitor the bioaccessibility of hazelnut proteins and polyphenols after protein-polyphenol complexation. Two different research studies (Chapters 3-4) were conducted in line with these purposes. Firstly, hydrolysates of hazelnut proteins obtained with Alcalase and Neutrase were mainly examined for their physicochemical properties, potential anti-obesity effects, antioxidant capacities, and emulsifying properties (Chapter 3). Later on, protein-polyphenol complexes formed from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE) were investigated as well as their effects on bioaccessibility (Chapter 4). The background and objectives of this Ph.D. dissertation are introduced in the first chapter. Following that, an overview of current scientific knowledge about the main and most valuable hazelnut by-products and their actual valorisation, focusing on their chemical composition to inspire new applications of these valuable resources and fully exploit their potential, has been reviewed in the second part. In the third part, hazelnut meal protein hydrolysates obtained by a single or combined hydrolysis by Alcalase and Neutrase were mainly characterised for their physicochemical properties (SDS‒PAGE, particle size distribution, Fourier transform infrared, molecular weight distribution, etc.) and potential anti-obesity effect (FFA release inhibition), antioxidant activity (DPPH and ABTS methods), and emulsifying properties. The impact of microfluidization pretreatment was also investigated. The combination of Alcalase with Neutrase permitted the highest degree of hydrolysis (DH) (15.57%) of hazelnut protein isolate, which resulted in hydrolysates with the highest amount of low molecular weight peptides, as indicated by size exclusion chromatography (SEC) and SDS‒PAGE. There was a positive correlation between the degree of hydrolysis and the inhibition of FFA release by pancreatic lipase, with a significant positive effect of microfluidization when followed by Alcalase hydrolysis. Microfluidization enhanced the emulsifying activity index (EAI) of protein isolates and hydrolysates. Low hydrolysis by Neutrase had the best effect on the EAI (84.32 (NH) and 88.04 m2/g (MFNH)), while a negative correlation between the emulsifying stability index (ESI) and the DH was observed. Again, the combined Alcalase-Neutrase hydrolysates displayed the highest radical scavenging activities (96.63% DPPH and 98.31% ABTS). FTIR results showed that the application of microfluidization caused the unfolding of the protein structure. The individual or combined application of the Alcalase and Neutrase enzymes caused a switch from the β-sheet organization of the proteins to α-helix structures. In conclusion, hazelnut meal may be a good source of bioactive and functional peptides. The control of its enzymatic hydrolysis, together with an appropriate pretreatment such as microfluidization, may be crucial to achieve the best suitable activity. In the fourth part, the formation of the protein-polyphenol complex from dephenolised hazelnut meal protein isolates (dHPI) and hazelnut skin phenolic extracts (HSE), as well as its effect on the bioaccessibility of both hazelnut proteins and polyphenols, were investigated. The dHPI+HSE complexes were of considerable size and dependent on HSE concentration due to the occurrence of aggregation. Although catechin was the main component of HSE, it did not cause aggregation, except for a slight rise in particle size. According to fluorescence quenching, the hazelnut protein-phenolic extract complex had a linear Stern-Volmer plot expressing static quenching between 0-0.5 mM concentrations, and the interaction was mainly dependent on hydrogen bonding and van der Waals forces (ΔH
Benzer Tezler
- Tavuk gübresi işleyen bir biyogaz tesisinin katı fermente ürününden üretilen biyopeletlerin biyoyakıt ve aktif karbon olarak kullanım potansiyelinin araştırılması
Investigating the potential of utilizing biogas solid digestate pellets of a biogas plant operating on chicken manure as solid biofuels and activated carbon
MEHMET SOLAK
Doktora
Türkçe
2024
ZiraatIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiTarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
- Valorization of functional protein from a plant based food waste: Sour cherry kernel, and its physicochemical characteristics
Bir bitkisel gıda atığı olarak vişne çekirdeğinden elde edilen proteinlerin fizikokimyasal ve fonksiyonel özelliklerinin belirlenmesi
HATİCE SAADİYE ERYILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BERAAT ÖZÇELİK
DR. ASLI CAN KARAÇA
- Flow evolution of hydrodynamic cavitation on chip concept
Hidrodinamik kavitasyonun çip üzerindeki akış evrimi
FARZAD ROKHSAR TALABAZAR
Doktora
İngilizce
2023
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ KOŞAR
DR. ÖĞR. ÜYESİ MORTEZA GHORBANI
- Fuel-oil ve toz kömür yakılan kazanlarda ağır metal emisyonlarının incelenmesi
Başlık çevirisi yok
BERNA CAN
- Extraction of pectin from sugar beet pulp by high hydrostatic pressure and investigation of extraction efficiency and extract characteristics
Yüksek hidrostatik basınç ile şeker pancarı posasında pektin elde edilmesi ve özütleme verimi ile özütlenen pektin özelliklerinin incelenmesi
BURCU KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMİ ALPAS